无人机实验报告.docx

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无人机实验报告

2017年秋季学期

《无人机控制系统》课程

实验报告

院系：

班号：

学号：

2017年10月14B

审阅教师：

实验成绩：

一、实验目的

1、了解无人机控制系统的设计方法；

2、掌握并熟悉MATLAB仿真工具的使用方法；

3、掌握并熟悉SIMULINK仿真工具的使用方法。

二、实验容

1、试验对象：

无人机俯仰角控制系统设计

2、参数：

•无人机舵系统传递函数为：

=-

Q（s）0.15+1

•升降舵偏角与姿态角之间的传递函数为：

&（$）_3

Q（s）s~+2s+5

3、要求：

•画出系统根轨迹图；

•分别用根轨迹法和增益调试的方法求出系统最大增益；

•利用Simulink对系统进行仿真和参数调试，并给出最终控制器及控制效果图。

1、画出系统根轨迹图

系统的传递函数

3k卩

（?

+25+5）（5+10），

在MATLAB中输入以下指令nunF3；

>>den=conv（[l25],[110]）；

>>rlocus（num,den）

画出根轨迹图1如下：

-20-1\・

-25IAA'RA」i''

-35-30-25-20-15-10-5051015

RealAxis（seconds'1）

图1

2.分别用根轨迹法和增益调试的方法求出系统最大增益

图1中根轨迹与虚轴交点的Kp对应最大增益，此时系统临界稳定（如图2）,Kp=83.5为了求解方便，Kp近似等于250/3,此时系统

250

的传递函数为

G（s）二空

5—瓦&（?

+25+5）（5+10）

此时系统开环放大倍数为5o

图2

接下来用增益调试法确定最大增益。

系统的传递函数为

G（s）==%

0G）（?

+25+5）（5+10）

当Kp二100/3时，系统单位阶跃响应收敛。

单位阶跃响应如下图

3所示。

0.6

0.4

02

0

图3

当Kp二400/3时，系统单位阶跃响应收敛。

单位阶跃响应如下图

4所示。

StepRcsponso

一r_1012①p5_dluu

50100

Time（seconds）

150

当Kp二250/3时，系统单位阶跃响应收敛。

单位阶跃响应如下图

5所示。

图5

由此可见，Kp=250/3为最大增益。

程序截屏如图6：

»S=tf（'s'）;

G=（100）/（s*34-12*s*2+25*s+50）:

T=feedback（ss（G）,1）:

step（T）

»s=tf（'s'）：

G=（400）/（sa3+12*sa2+25*s+50）:

T=feedback（ss（G）,1）:

step（T）

»s=tf（'s'）：

G=（250）/（sa3+12*sa2+25*s+50）:

T=feedback（ss（G）,1）:

step（T）

3、利用Simulink设计控制器

我们选择最常见的PID控制方法来设计控制器

添加控制器之前，如图7

图7

示波器波形为图8所示

图8

搭建系统控制器如图9下：

图9

系统阶跃响应如图10和图11（把超调部分放大）所示

图10

图11

此时系统超调量为2%,调整时间为2s,性能较好。

此时控制器传递函数为

、1・5$~+6s+1

G（s）=

四、实验结论

无人机舵系统的传递函数为

心皿—

QG）（?

+25+5）（5+10）

通过选取适当的PID控制器，系统可以有很不错的动态性能。

分别用根轨迹法和增益调试的方法求出系统最大增益为Kp二250/3。

然后通过Simulink仿真确定PID控制器参数为Kp=6,Ki=l,Kd=l.5O

因此，控制器传递函数为

此时，系统超调量为2%,调整时间为2s,无稳态误差，系统性能较好。